Сопротивление грунтов сдвигу вокруг буроинъекционного корня анкера или сваи

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Белорусский Национальный Технический Университет

Сопротивление грунтов сдвигу вокруг буроинъекционного корня

анкера или сваи

Игнатов С. В.

В условиях современного развития общества строительная отрасль ежедневно сталкивается с необходимостью передачи больших нагрузок на основания от гражданских и промышленных сооружений. Если характеристики строительного материала, из которого возводится сооружение заранее предопределены, гарантирована их прочность и выносливость в процессе всего существования здания, то грунты основания являются динамической средой. У этой среды физические, механические и деформационные характеристики претерпевают изменения во время формирования отложений, возведения зданий и сооружений, а также их эксплуатации и утилизации надземных сооружений. На физические, механические и деформационные характеристики оснований уже построенных зданий и сооружений также влияют циклические изменения окружающей среды (зима - лето, осадки). Нельзя не отметить влияние таких антропогенных факторов, как вибрация, динамика, изменение методов нагружения надземных конструкций, изменение рельефа - все то, что по своей задумке стремиться улучшить жизнь и комфорт человека, при этом изменяя, часто в худшую сторону, надежность оснований и конструкций нулевого цикла.

Сегодня развитие строительной техники, применяемой при возведении фундаментов, обуславливает возможность не только передачи нагрузок на основания на большие глубины, но и позволяет изменить физико-механические характеристики грунтов оснований, что приводит к повышению их несущей способности, и, как следствие, снижение затрат на нулевой цикл. Современные буровые станки и инъекционные насосы не только не нарушают природные характеристики оснований, но позволяют усилить грунты основания, опрессовать около свайный грунт с увеличением его деформационных и прочностных характеристик.

Данное улучшение грунта отмечается многими исследователями (Голубев, Хелло, Мишаков, Раюк, Никитенко, Повколас, Мариупольский) производственниками, проектировщиками [1, 2, 3]. Однако это улучшение не учитывается при проектировании свайных фундаментов, анкерных креплений и инъекционного упрочнения грунтов оснований, что приводит к неэкономичным проектным решениям, перерасходу строительных материалов, увеличению сроков строительства.

Как известно несущая способность защемленной в грунте сваи складывается из несущей способности сваи по пяте и по боковой поверхности, у анкера учитывается лобовое сопротивление и также трение по боковой поверхности. Сегодня при проектировании несущая способность сваи и анкера определяется по природным характеристикам грунта, без учета изменения свойств оснований в зависимости от применяемой технологии возведения конструкций нулевого цикла.

Целью наших диссертационных исследований было определение закономерностей изменения плотности сложения, угла внутреннего трения и сцепления грунта в радиальном направлении от буроинъекциооного тела при инъекции.

При проведении опытов по изучению изменчивости свойств грунтов при инъекции цементного раствора в скважины мы использовали цилиндрические емкости, диаметром 750 мм и высотой 0,9 метра, начальный диаметр скважины принимался равным 110мм. В скважины выполнялась закачка инъекционного цементного раствора с В/Ц=0,5 с давлением инъекции, равным 150 кПа. Соотношение суммарного объема залитого и заинъецированного в скважину раствора к начальному объему скважины составляло для супеси пылеватой 1,24 - 1,27, для песка среднего отношение составляло 1,19 - 1,23.

После технологических перерывов, продолжительностью 7, 14 и 28 суток (для обеспечения набора прочности цементным камнем) производилась раскопка заинъецированных тел, отбор опытных образцов для определения плотности и влажности грунта, а также выполнялось динамическое зондированию грунта вокруг инъекционного тела и ниже него.

По выполненным нами крупномасштабным опытным лабораторным исследованиям определен характер изменения удельного веса грунта, а также коэффициента пористости (рис.1).

Изменение удельного веса супеси пылеватой в радиальном направлении находиться в интервале 22,5-18,0 кН/м3, коэффициента пористости 0,45-0,63; для песка среднего данное изменение составляет: для удельного веса 19,5-16,6 кН/м3 , коэффициента пористости - 0,49-0,75.

Проведенные исследования позволили нам разработать методику определения несущей способности анкеров и свай по боковой поверхности с учетом преобразованных характеристик грунтов оснований для нового строительства при выполнении свайных фундаментов и анкерном креплении стенок котлованов.

Для определения возможности применения данной методики и контроля полученных значений угла внутреннего трения и сцепления нами были выполнены исследования по определению бокового трения на приборе вращательного сдвига конструкции Соболевского-Никитенко [1,2]. Данный прибор позволяет моделировать трехосное напряженное состояние в грунте и технологию формирования цилиндрического тела при нагнетании цементного раствора в скважину по аналогии с буроинъекционными анкерами и сваями.

Для проведения испытания емкость прибора с соосными валу обсадными кольцами заполнялась грунтом с его уплотнением до необходимой плотности сложения грунта. Далее мы извлекали обсадное конусное кольцо и устанавливали вал с заглушенным торцом, в полость заливали раствор, потом емкость закрывали крышкой. После чего через полый вал-инъектор из инъекционного бака закачивали в нужном объеме цементный раствор. После набора прочности цементного камня мы производили поворот цилиндрического тела.

В результате выполненных исследований по полученным значениям построены графики перемещений цилиндрического тела (рис. 3).

Рис.3. Графики зависимостей деформаций сдвига от сдвигающих напряжений (а - для супеси пылеватой на 7-е сутки после инъекции; б - для супеси пылеватой на 28-е сутки после инъекции;

в - для песка среднего на 7-е сутки после инъекции)

По полученным зависимостям видно, что для глинистых грунтов через 7 суток после устройства как инъекционного, так и заливного цементного тела сопротивление сдвигу не превышает 60% от сопротивления сдвигу через 28 суток. Это обусловлено изменением консистенции глинистого грунта в околосвайном пространстве. Для песчаных грунтов это изменение не превышает 10%. Обнаруженный факт позволяет обосновать необходимость и рационально использовать технологический перерыв между возведением буроинъекционного тела и нагружением его. Так в песчаных грунтах этот период может составлять 10 суток, в глинистых - не менее 30 суток.

В результате выполненных работ определено также, что с увеличением коэффициента пористости за счет опрессовки грунта инъекцией в интервале от 0,45 до 0,65 происходит существенное снижение сопротивления грунтов сдвигу: для супеси пылеватой от 45 кПа до 12кПа, для песка среднего - от 65 кПа до 15 кПа.

Литература

сопротивление грунт вес плотность

Никитенко, М.И. Буроинъекционные анкеры и сваи при возведении и реконструкции зданий и сооружений: монография / М.И. Никитенко. - Минск: БНТУ, 2007. - 580 с.

Мухаммад, Х.М. Буроинъекционное упрочнение оснований зданий и сооружений при реконструкции: дис. … канд. техн. наук: 05.23.02 / Х.М. Мухаммад. - Минск, 1998. - 196 с.

Мишаков, В.А. Разработка конструкции и методики расчета инъекционных «грунтовых» анкеров, устраиваемых в песчаных грунтах: дис. … канд. техн. наук: 05.23.02 / В.А. Мишаков. - Л. 1984. - 98 с.

Размещено на Allbest.ru